专利名称：电介法含水率测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测试电学参量反映材料物理状态。
在工程建设中，一些非金属建筑材料及制品的含水率大小，直接影响工程结构物的施工质量和安全使用。因此，在施工过程中需要对其含水率进行定量测试。传统的方法是在现场取样封装，送到室内进行烘干测试(如土、灰土、砂等)，或者凭操作工人经验定性估计其干湿程度(如装修、屋面、防水等工程施工的原材料和基层材料)。既耗费人力和能源，又不能及时得出测试结果，光凭经验估计则误差更大，往往由于材料含水率测试不及时或估计不准确，造成施工质量事故。
在混凝土强度无损检测技术中，混凝土含水率不同，将给强度检测结果带来相当大的误差。若能采用一种简便有效的方法测试混凝土含水率，对无损检测数据进行适当修正，便可提高其检测精度。
国内现有的水分测试仪，多用于气体、油料和粮食、砂、瓷粉等物料的水分测试。对于硬化了的混凝土和砂浆含水率的测试，虽有实用新型专利88215581.4号所述的“砂浆、混凝土湿度测定仪”，经专利检索得知，该专利产品的基本原理系通过测量材料的绝缘电阻，来反映其含水的多少。而材料的绝缘电阻不仅与其含水率有关，还受材料的组分、密度、温度及可溶盐含量等因素的影响，尤其是混凝土和砂浆，由于其组成材料随地区不同，材质差异很大，这种影响就更为突出。因此，该实用新型专利的测试误差大，适用范围窄；又因其电极必须通过导电膏与被测物紧密耦合才能进行测试，不仅操作麻烦，还会污染被测物表面。
本实用新型目的在于，针对非金属建筑材料的材质和成分随地区差异大的特点，为建筑材料及制品提供一种测试速度快、精度高，应用范围广，使用操作简便的含水率测试仪。
本实用新型由主机、传感器系统和连接电缆组成。传感器系统的电极，通过绝缘层与被测材料接触。被测材料的介电常数随其含水率不同而产生变化，引起传感电极与接地电极之间的容抗变化，从而导致测量电路输出的电压信号发生变化。变化了的电压信号经整流、限幅后传送给A／D转换电路，将摸拟量转换成数字量，传送至数字显示屏显示读数。
传感器系统由传感电极、补偿电极和接地电极以及振荡、放大、跟随、取样、补偿、整流电路组成。将测量电路和电极组装于一体，是为了避免外界杂波信号干扰，减少高频信号的传输损耗，从而提高检测灵敏度。将电极做成平板状和音叉状两种形式，分别用于块体和松散材料的测试。
主机由限幅电路，A／D转换电路、数字显示屏和电源组成。
本实用新型的特点由于在电极和测试电路上采取了补偿和修正措施，大大减小了被测材料表面状态和不同含盐量的影响，测试精度高，应用范围广；电极与被测材料之间完全绝缘，不需任何耦合剂，使用操作十分简便；仪器通电预热三分钟后，在二小时内数字变化不大于±0.5，电源电压在7.6～10.5V范围变化，仪器均能正常运转，工作稳定；调零电位器直接安装在传感器上，可随时方便地调节零点；仪器体积小，重量轻，主机和传感器系统总重量不大于500g，耗电小于0.14W，很适合野外使用。
本实用新型适用范围见下表
图1本实用新型整体示意图图2仪器测试系统方框图图3传感器系统的电极构造图［(a)平板式(b)音叉式］图4本实用新型电原理图本实用新型具体实施例结合
如下如图1、图2、图3和图4所示，传感器系统(1)由高频振荡电路(10)、放大电路(11)、跟随电路(12)、取样电路(13)、整流电路(14)、传感电极(6)、接地电极(7)、补偿电极(8)和屏蔽盒(5)构成一体化，其电源由主机(2)通过二芯电缆线(3)供给，测试高频信号经整流电路(14)整流后，通过二芯电缆线(4)传输给主机(2)。
高频振荡电路(10)采用简化的双T选频网络振荡器，由电阻R、R1和W1以及电容C、2C构成双T选频网络，晶体管G1为反相放大器，调节电阻W1，使其阻值与R1之和小于R的一半，则获得－180°的相位移，便可满足起振条件，使振荡器在某一固定频率持续振荡。本实施例的振荡频率为5～8MHz。
放大电路(11)由晶体管G2、G3两级放大器组成。其中G2采用基极分压式偏置电路和电流负反馈电路，G3采用电压负反馈和电流负反馈相结合的电路，提高了放大电路的稳定性。振荡信号经G2、G3两极放大后，由G3集电极直接传输给跟随电路(12)，用以隔离输出端负载对振荡、放大电路的影响。由G4、G5组成串接式跟随电路(12)，既可降低输出阻抗，又可以加大输出动态范围。
取样电路(13)由电阻R16、R17、可调电阻W4、电位器W3、W5和电容C10、C11组成，高频信号经C10分成两部分，其中一部分经R17、C11和W5传输至传感电极(6)和整流电路(14)，另一部分经W4传输至补偿电极(8)。电路中W3用于调节高频信号输出幅度，在传感器系统的电极未接触被测材料时，使主机数字显示屏显示100.0；W4用于测试块体材料时，测试表面较粗糙或溅有水渍时的补偿量调节；W5用于测试可溶盐含量较多的材料时，水饱和状态下读数修正量的调节。
主机(2)由限幅电路(15)、A／D转换电路(16)、数字显示屏(17)和电源(18)组成。
限幅电路(15)由电阻R20和二极管D4、D5组成。R20起限流作用，D4和D5起过压保护作用，当不慎将直流电源电压或别的较强电信号经电缆线(4)输入主机(2)时，电压超过二极管D4或D5的导通电压，二极管便导通，使较强电信号不能输入A／D转换电路，从而起到保护作用。
A／D转换电路(16)采用双积分A／D转换器，转换精度高、抗干扰能力强。本实施例采用ICL7106大规模集成电路，已将模拟电路和数字电路集成在单片内，可将输入的直流电压信号经过模——数转换，变成数字量，并驱动液晶显示屏(17)显示数字。
如图3(a)所示的平板式电极，系用于测试块体状材料。测试时，电极(6)、(7)、(8)通过绝缘层(9)与被测材料表面接触，其中补偿电极(8)，用于补偿因测试面不平整或表面水渍对读数的影响，补偿量通过W4进行调节。一般情况下的补偿量事先已调节好，对于测试面不平度大于3mm的特殊情况，需重新调节W4。
如图3(b)所示的音叉式电极，系用于测试土壤、砂等松散材料。测试时将电极(6)和(7)插入事先敲击至具有一定密实度的材料中，在此情况下可不使用补偿电极(8)。但由于不同地区的土壤中，盐含量差异较大，对测试结果产生较大影响，所以本实施例采用电容C11和电位器W5进行修正。即测试前，先取该土样品浸水至饱和状态，并插入电极，调节W5使主机(2)的显示数字与标准土样水饱和状态的读数相一致，然后进行正式测试。
权利要求1.一种由传感器系统(1)、主机(2)和连接电缆(3)、(4)组成的电介法含水率测试仪，其特征在于a、传感器系统(1)由高频振荡电路(10)、放大电路(11)、跟随电路(12)、取样电路(13)、整流电路(14)与传感电极(6)和接地电极(7)组装于同一个屏蔽盒(5)内，组成一体化结构；b、主机(2)由限幅电路(15)、A/D转换电路(16)、数字显示屏(17)和电源(18)组成。
2.根据权利要求1所述的含水率测试仪，其特征在于取样电路(13)采用可调电阻W4和补偿电极(8)组成补偿电路；采用电容C11和电位器W5组成修正电路。
3.根据权利要求1所述的含水率测试仪，其特征在于传感器系统的传感电极(6)和接地电极(7)组成平板式和音叉式，且电极外面用绝缘材料密封。
4.根据权利要求1所述的含水率测试仪，其特征在于放大电路(11)中晶体管G2采用电流负反馈电路，G3采用电流负反馈与电压负反馈相结合的电路。
专利摘要本实用新型提供一种测量非金属建筑材料及制品含水率的电测仪器，它由主机、传感器系统和连接电缆组成。系根据电介质的介电常数随其含水率改变而发生变化的原理，使材料在高频电场中产生介电效应而引起电学参数变化来测量其含水率。特点是传感器系统的测试电路和电极采取了补偿措施，电极与被测物之间完全绝缘，不需用任何耦合剂。因此，具有测试精度高，适应范围广，使用操作简便等优点。
文档编号G01N27/26GK2108299SQ9122947
公开日1992年6月24日 申请日期1991年11月27日 优先权日1991年11月27日
发明者张治泰, 唐小荃 申请人:陕西省建筑科学研究设计院